Utilisation de nouveaux inhibiteurs sélectifs pour décrypter le métabolisme lipidique et de la virulence chez M. tb – LipInTB

Une approche d’« activity-based protein profiling » (ABPP) couplée à la spectrométrie de masse avec les nos inhibiteurs sondes sera utilisée pour marquer, enrichir, isoler et identifier les enzymes ciblées par nos composés.

Deux modèles expérimentaux robustes basés sur la formation et la dégradation des ILI pendant les processus de dormance et de réactivation, seront également utilisés pour décrypter le mode d'acquisition et de consommation des lipides par les mycobactéries.

Nous avons pu démontrer que nos deux familles d’inhibiteurs inhibent la croissance extracellulaire et/ou intracellulaire de M.tb en altérant l'activité de diverses enzymes participant à des processus physiologiques importants liés à l'ensemble du métabolisme lipidique bactérien.

Dans un premier temps, les composés identifiés et présentant le meilleur effet antimycobactérien, ont été modifiés chimiquement par l'introduction d'un groupe alcyne (ou azide) permettant l’utilisation de réactions bio-orthogonales de chimie click pour la capture directe des protéines cibles pendant les phases mycobactériennes de réplication active, de latence et/ou de réactivation des bacilles dans les macrophages infectés.

La pénétration et la localisation de nos inhibiteurs fluorescents, ainsi que des expériences de capture par approche « activity-based protein profiling » dans les cellules hôtes, les mycobactéries seules et dans des macrophages infectés, sont actuellement en cours.

Cavalier, J. F.; Spilling, C. D.; Durand, T.; Camoin, L.; Canaan, S. “Lipolytic enzymes inhibitors: A new way for antibacterial drugs discovery”. Eur. J. Med. Chem. 2021, 209, 112908. DOI: doi.org/10.1016/j.ejmech.2020.112908.

Madani, A.; Mallick, I.; Guy, A.; Crauste, C.; Durand, T.; Fourquet, P.; Audebert, S.; Camoin, L.; Canaan, S.; Cavalier, J. F. “Dissecting the antibacterial activity of oxadiazolone-core derivatives against Mycobacterium abscessus”. PLoS ONE 2020, 15(9), e0238178. DOI: doi.org/10.1371/journal.pone.0238178.

La tuberculose causée par la bactérie pathogène Mycobacterium tuberculosis (M. tb) est la maladie infectieuse la plus meurtrière au monde.

L'infection par M. tb conduit le plus souvent à la formation de granulomes dans les poumons, où certains macrophages infectés accumulent des lipides dans des corps lipidiques (LB) formant des cellules spumeuses. Au sein de ces macrophages spumeux (FM), les bacilles peuvent persister dans un état non-réplicatif pendant des décennies avant de se réactiver et causer la maladie. Une meilleure compréhension de la persistance des bacilles à l'intérieur de ces FM est donc nécessaire pour lutter contre la tuberculose.

Pour persister dans les FM, M. tb hydrolyse les lipides de l'hôte en acides gras, qu’elle réabsorbe et stocke sous forme d’inclusions lipidiques intracytoplasmiques (ILI). Ces réserves lipidiques pourront ensuite être réutilisées lors de la phase de réactivation. Des résultats récents ont suggéré un lien direct entre la présence de ces ILI et l’incapacité des mycobactéries à se diviser. Ce dernier point est d'une importance capitale pour la persistance des mycobactéries au sein du granulome.

Le contrôle de l’hydrolyse des lipides de l’hôte ainsi que celle des ILI au cours de l'infection commence à être bien documentée et serait assuré par des enzymes lipolytique mycobactériennes. Depuis une vingtaine d’années, ces enzymes lipolytiques, responsables de la libération d'acides gras à longues chaînes, font l'objet d'intenses recherches. Elles seraient impliquées dans la relation hôte-pathogène et joueraient un rôle majeur dans la physiopathologie de la maladie lors des phases active et persistante de l'infection, faisant de ces enzymes de véritables cibles thérapeutiques. Cependant les mécanismes moléculaires qui régissent tous ces processus restent inconnus. Par conséquent, trouver des moyens pour bloquer l’action de ces enzymes ouvrirait la voie vers la découverte de nouveaux traitements contre la tuberculose.

Dans ce contexte, nous avons récemment découvert deux nouvelles familles de molécules non cytotoxiques pour les cellules hôtes, et qui ciblent diverses enzymes mycobactériennes impliquées dans le métabolisme des lipides avec des activités antituberculeuses très prometteuses.

Notre projet, impliquant 5 partenaires, vise à utiliser ces inhibiteurs afin i) d'identifier et de valider in vitro et in vivo les enzymes impactées par nos composés et conduisant à la mort de M. tb en extracellulaire et dans des macrophages infectés; et ii) de les utiliser comme sondes pour étudier le métabolisme lipidique de M. tb lors des phases de réplication active, de latence et de réactivation dans les macrophages infectés.

Des données préliminaires laissent supposer que ces inhibiteurs ont des effets importants sur la maladie en modifiant profondément la réplication des mycobactéries dans les cellules hôtes, leur entrée en phase de persistance et/ou la réactivation des bacilles dans les FM qui sont des enjeux majeurs pour comprendre la vulnérabilité et l'évolution générale de la tuberculose.

Les résultats attendus sont en lien direct avec la pathogénie des bacilles pendant les diverses phases de l’infection. De plus, la parfaite complémentarité des équipes sera un atout majeur pour la réalisation de ce projet.

Enfin, les connaissances issues de ce projet pourront conduire au développement de nouvelles stratégies thérapeutiques pour éliminer les bacilles en réplication active ou en latence chez des individus infectés.